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分子生物學(xué)基本內(nèi)容

最近更新時(shí)間：2011-5-9

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蛋白質(zhì)體系

　　蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位是α-氨基酸。常見(jiàn)的氨基酸共20種。它們以不同的順序排列可以為生命世界提供天文數(shù)字的各種各樣的蛋白質(zhì)。
　　蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的組織形式可分為 4個(gè)主要的層次。一級(jí)結(jié)構(gòu)，也叫化學(xué)結(jié)構(gòu)，是分子中氨基酸的排列順序。首尾相連的氨基酸通過(guò)氨基與羧基的縮合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，稱為肽鏈。肽鏈主鏈原子的局部空間排列為二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)在空間的各種盤繞和卷曲為三級(jí)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子是由相同的或不同的亞單位組裝成的，亞單位間的相互關(guān)系叫四級(jí)結(jié)構(gòu)。
　　蛋白質(zhì)的特殊性質(zhì)和生理功能與其分子的特定結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，這是形形色色的蛋白質(zhì)所以能表現(xiàn)出豐富多彩的生命活動(dòng)的分子基礎(chǔ)。研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。
　　隨著結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有幾千個(gè)蛋白質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾百個(gè)蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)得到了闡明。70年代末以來(lái)，采用測(cè)定互補(bǔ)DNA順序反推蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，不僅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿足的蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析得以實(shí)現(xiàn)。
　　發(fā)現(xiàn)和鑒定具有新功能的蛋白質(zhì)，仍是蛋白質(zhì)研究的內(nèi)容。例如與基因調(diào)控和神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)的蛋白質(zhì)的研究現(xiàn)在很受重視。
　　蛋白質(zhì)－核酸體系 生物體的遺傳特征主要由核酸決定。絕大多數(shù)生物的基因都由 DNA構(gòu)成。簡(jiǎn)單的病毒，如λ噬菌體的基因組是由 46000個(gè)核苷酸按一定順序組成的一條雙股DNA（由于是雙股DNA，通常以堿基對(duì)計(jì)算其長(zhǎng)度）。細(xì)菌，如大腸桿菌的基因組，含4×106堿基對(duì)。人體細(xì)胞染色體上所含DNA為3×109堿基對(duì)。
　　遺傳信息要在子代的生命活動(dòng)中表現(xiàn)出來(lái)，需要通過(guò)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯。復(fù)制是以親代 DNA為模板合成子代 DNA分子。轉(zhuǎn)錄是根據(jù)DNA的核苷酸序列決定一類RNA分子中的核苷酸序列；后者又進(jìn)一步?jīng)Q定蛋白質(zhì)分子中氨基酸的序列，就是轉(zhuǎn)譯。因?yàn)檫@一類RNA起著信息傳遞作用，故稱信使核糖核酸（mRNA）。由于構(gòu)成RNA的核苷酸是4種，而蛋白質(zhì)中卻有20種氨基酸，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系是由mRNA分子中以一定順序相連的 3個(gè)核苷酸來(lái)決定一種氨基酸，這就是三聯(lián)體遺傳密碼。
　　基因在表達(dá)其性狀的過(guò)程中貫串著核酸與核酸、核酸與蛋白質(zhì)的相互作用。DNA復(fù)制時(shí)，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開(kāi)，然后DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，復(fù)制出子代 DNA鏈。轉(zhuǎn)錄是在 RNA聚合酶的催化下完成的。轉(zhuǎn)譯的場(chǎng)所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質(zhì)的復(fù)合體，根據(jù)mRNA的編碼，在酶的催化下，把氨基酸連接成完整的肽鏈?；虮磉_(dá)的調(diào)節(jié)控制也是通過(guò)生物大分子的相互作用而實(shí)現(xiàn)的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過(guò)與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開(kāi)關(guān)。真核細(xì)胞染色質(zhì)所含的非組蛋白在轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中具有特殊作用。正常情況下，真核細(xì)胞中僅2～15％基因被表達(dá)。這種選擇性的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯是細(xì)胞分化的基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)－脂質(zhì)體系

　　生物體內(nèi)普遍存在的膜結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為生物膜。它包括細(xì)胞外周膜和細(xì)胞內(nèi)具有各種特定功能的細(xì)胞器膜。從化學(xué)組成看，生物膜是由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)通過(guò)非共價(jià)鍵構(gòu)成的體系。很多膜還含少量糖類，以糖蛋白或糖脂形式存在。
　　1972年提出的流動(dòng)鑲嵌模型概括了生物膜的基本特征：其基本骨架是脂雙層結(jié)構(gòu)。膜蛋白分為表在蛋白質(zhì)和嵌入蛋白質(zhì)。膜脂和膜蛋白均處于不停的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　生物膜在結(jié)構(gòu)與功能上都具有兩側(cè)不對(duì)稱性。以物質(zhì)傳送為例，某些物質(zhì)能以很高速度通過(guò)膜，另一些則不能。象海帶能從海水中把碘濃縮 3萬(wàn)倍。生物膜的選擇性通透使細(xì)胞內(nèi)pH和離子組成相對(duì)穩(wěn)定，保持了產(chǎn)生神經(jīng)、肌肉興奮所必需的離子梯度，保證了細(xì)胞濃縮營(yíng)養(yǎng)物和排除廢物的功能。
　　生物體的能量轉(zhuǎn)換主要在膜上進(jìn)行。生物體取得能量的方式，或是像植物那樣利用太陽(yáng)能在葉綠體膜上進(jìn)行光合磷酸化反應(yīng)；或是像動(dòng)物那樣利用食物在線粒體膜上進(jìn)行氧化磷酸化反應(yīng)。這二者能量來(lái)源雖不同，但基本過(guò)程非常相似，zui后都合成腺苷三磷酸。對(duì)于這兩種能量轉(zhuǎn)換的機(jī)制，P.米切爾提出的化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)得到了越來(lái)越多的證據(jù)。生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達(dá)70％左右，而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20～40％，所以生物力能學(xué)的研究很受重視。對(duì)生物膜能量轉(zhuǎn)換的深入了解和模擬將會(huì)對(duì)人類更有效地利用能量作出貢獻(xiàn)。
　　生物膜的另一重要功能是細(xì)胞間或細(xì)胞膜內(nèi)外的信息傳遞。在細(xì)胞表面，廣泛地存在著一類稱為受體的蛋白質(zhì)。激素和藥物的作用都需通過(guò)與受體分子的特異性結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。癌變細(xì)胞表面受體物質(zhì)的分布有明顯變化。細(xì)胞膜的表面性質(zhì)還對(duì)細(xì)胞分裂繁殖有重要的調(diào)節(jié)作用。
　　對(duì)細(xì)胞表面性質(zhì)的研究帶動(dòng)了糖類的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究越來(lái)越受到重視。從發(fā)展趨勢(shì)看，寡糖與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)形成的體系將成為分子生物學(xué)研究的一個(gè)新的重要的領(lǐng)域。

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